Для изготовления большинства твердотельных полупроводниковых приборов используются полупроводники в виде пластин или дисков, вырезанных из монокристаллов, называемых подложками. Подложка или пластина полупроводника является основной конструкционной базой (матрицей) в производстве полупроводниковых приборов и микросхем. В ее объеме и на поверхности методами травления, окисления, диффузии, эпитаксии, имплантации, фотолитографии и другими технологическими операциями формируются заданные активные элементы интегральных микросхем, приборов и устройств. Подложка является обязательным участником всех технологических процессов, которые являются гетерогенными по своей природе.
Состояние поверхности полупроводниковой подложки в значительной мере определяет качество изготовляемых приборов, их долговечность н надежность. Наряду с собственными объемными несовершенствами кристалла, дефекты и примеси, образующиеся при обработке поверхности и проникающие внутрь кристалла, также влияют на свойства полупроводника. При повышенных температурах в процессе производства приборов перестройки дефектно-примесных скоплений на поверхности полупроводника особенно ощутимы, что может привести к неконтролируемому ухудшению пара.
Глубина остаточного нарушенного слоя, его кристаллическая структура, строение н однородность распределения по площади пластины, а также его воспроизводимость на пластинах от партии к партии при массовом технологическом процессе их изготовления имеет принципиальное значение в производстве полупроводниковых приборов.
Резка монокристаллических слитков полупроводников на пластины абразивным инструментом сопровождается интенсивным механическим воздействием на поверхность и придает ей значительные нарушения и определенную степень шероховатости. Последующие механические процессы шлифования и полирования, применяющиеся для придания пластинам требуемых толщин, строгих геометрических параметров (плоскостности и параллельности) н чистоты поверхности, также оставляют после себя нарушенный слой. Предполагается, что слой с нарушенной моно-кристалличностью может быть разделен по глубине на четыре различные по характеру зоны. Исследование структуры кристаллов и других после их резки и шлифовки показало, что в рельефной зоне, которая простирается на глубину 0,3—0,5 средней высоты неровностей, наблюдаются одинаковые виды нарушений и дефектов монокристаллической структуры: сколы, монокристаллические не выкрошившиеся блоки, трещины, выступы впадины различных размеров [3—5]. Методом электронной микроскопии обнаружены также микротрещины, концы трещин, выходы дислокаций, дислокационные петли и сетки, точечные и другие дефекты в трещиноватой зоне, протяженность которой в 3—6 раз больше чем первой рельефной зоны. Наличие трещин во второй зоне приводит к появлению в слое, лежащем под ней, других напряжений и дислокаций, плотность которых монотонно уменьшается с глубиной. Различие в нарушенных слоях от резки к отшлифовке заключается в том, что после резки дефекты расположены в основном под следами от режущей кромки алмазного диска в виде параллельных дорожек из скоплений дефектов, в шлифованных кристаллах все дефекты распределены равномерно по сечению.
Иной тип нарушенной структуры образуется при полировании, Первый слой представляет собой поверхностные неровности, относительно меньше, чем при шлифовке. И в отличие от шлифованной поверхности он является аморфным. Второй слой также аморфный, его глубина в 2—3 раза больше, чем поверхностные неровности. Третий слон является переходным от аморфной структуры к ненарушенному монокристаллу и может содержать упругие или пластические деформации, дислокации, а в некоторых случаях и трещины.
К сожалению, экспериментальные данные о глубине нарушенных слоев для одних и тех же полупроводников и после идентичных обработок весьма противоречивы. Это обусловлено нечеткими представлениями о структуре н строении нарушенного слоя и применением различных методов его оценки. Вместе с тем, анализ литературных данных по строению н величине нарушенного слоя позволяет оценить среднестатистическую суммарную глубину нарушенного слоя у разных полупроводников после различных видов механической обработки. Из табл. 1.3 видно, что глубина нарушенного слоя сильно колеблется как от типа полупроводника, так и от вида обработки. Например, величина нарушенного слоя после обработки связанным абразивом меньше, чем после обработки свободным абразивом. Поэтому процесс шлифования и полирования надо проводить тем осторожнее, чем мягче полупроводник, ибо тем глубже изменения структуры. Видно »также, что получить требуемое качество и совершенство подложек, используя лишь один какой-либо вид полировки, пока не удается. Поэтому для каждого полупроводника выбирают свою технологическую схему обработки, подбирая, условия н последовательность применения различных методов полирования.
Из рассмотрения требований к подложкам полупроводников следует, что изготовление подложек представляет собой достаточно сложную технологическую проблему. В процессе обработки и подготовки поверхности подложек полупроводников необходимо решать следующие основные задачи:
получение геометрически совершенных поверхностей, лишенных: волнистости, имеющих высокую степень гладкости и плоско-параллельность по всей площади поверхности подложки;
получение поверхности заданной кристаллографической ориентации с высокой степенью совершенства кристаллической структуры, полным отсутствием нарушенного слоя, минимальной плотностью поверхностных и приповерхностных дефектов, дислокаций и т. д.;
получение поверхности высокой степени физико-химической чистоты с минимальным уровнем поверхностных загрязнений, в том числе окисных и других фазовых пленок и локальных образований пленок адсорбированных продуктов реакции и реагентов, остающихся после операций химического полирования и финишной очистки.